-
Elektrische Kathodenglimmlichtröhre zur Konstanihaltung von Spannungen
Zur Konstanthaltung von Spannungen dienende Kathodenglimmlichtröhren, die üblicherweise
ein die Elektrode und die Edelgasfüllung enthaltendes Glasgefäß aufweisen, werden
bei einer maximalen Belastung der Kathodenoberfläche von etwa :2 mA/cm 2 Oberfläche
in der Regel für Stromstärken von i bis Zoo mA verwendet. Darüber hinaus geht man
meist nicht, einesteils, damit die Glasgefäße der Kathodenglimmlichtröhren nicht
zu groß werden, und andere4teils, damit die Gefahr eines Umschlagens der Glimmentladung
in die andere Spannungsbedingungen erzeugende Bogenentladung Vermieden wird. Bei
derartigen Kathodenglimmlichtröhren darf erfahrungsgemäß -die Temperatur des Gefäßes
etwa Zoo bis 25o° C und damit die Temperatur der Kathode etwa 3oo bis 4oo° C nicht
übersteigen, weil sonst von der Gefäßwand Gase abgegeben werden, die zu einer unerwünschten
Veränderung des Kathodenfalles und damit der Spannungsaufnahme der Röhre Anlaß geben.
Es muß demgemäß sowohl die Kathode als auch das umschließende Glasgefäß stets steigend
mit der Stromstärke des konstant zu haltenden Spannungsbereiches entsprechend groß
bemessen werden. . Für Stromstärken von maximal zoo mA sind daher beispielsweise
Kathodenglimmlichtröhren gebräuchlich, deren zylindrisches Glasgefäß bei einem Durchmesser
von etwa 40 mm eine Länge von etwa i 5o mm besitzt. Die in üblicher Weise aus einem
zylindrischen Eisenblech bestehende Kathode besitzt hierbei einen Durchmesser von
etwa 30 mm und eine Länge von 9o mm.
-
Bei Elektronenröhren und Gleichrichtern hat man, wie bekannt, schon
vielfach, und zwar vornehmlich zur Erhöhung der Bruchfestigkeit, von Metallgefäßen
Gebrauch gemacht
und diese dabei auch schon zur Ersparung von Baustoff
als Anode oder Kathode geschaltet. Die Erfindung geht nun voa der Erkenntnis aus,
daß das bei Kathodenglimmlichtröhren zur Konstanthaltung von Spannungen bisher stets
verwendete Glasgefäße zu einer unnützen schädlichen Wärmestauung führt und die Wirkungsweise
der Röhre, und zwar insbesondere bei höheren Belastungen derselben, schädlich beeinfluht.
Die Erfindung besteht demgemäß in der Verwendung eines die Kathode bildenden, mit
Edelgasen und gegebenenfalls auch Metalldämpfen gefüllten Metallgefäßes, in dessen
metallischer Abschlußplatte sowohl der zur eingeschlossenen Anode führende Stromzuführungsdraht
als auch gegebenenfalls die zi# den eingeschlossenen Zwischenelektroden führenden
Stromzufülirungsdrähte je mittels eines Glastropfens eingeschmolzen sind, als Gehäuse
einer elektrischen Kathodenglimmlichtröhre zur Konstanthaltung von Spannungen. Die
Verwendung eines solchen Elektrodengefäßes bietet bei Kathodenglimmlichtröhren den
besonderen Vorteil, daß das Entladungsgefäß bei sehr hohen Temperaturen entgast
werden kann, so daß Elektroden sehr hoher Reinheit erhalten werden. Das ist für
Kathodenglimmlichtröhren, die zur Konstanthaltung von Spannungen dienen, sehr wichtig,
da auf diese Weise wirklich konstante Spannungen auch bei hoher Belastung der Röhre
erhalten werden. Die Röhre ist auch deswegen hoch belastbar, weil praktisch die
ganze äußere Hülle an der Stromführung teilnimmt und ihre durch die Strombelastung
entstandene Wärme frei nach außen abstrahlen kann. Die ungehinderte Wärmeabstrahlung
ermöglicht es dabei, die Kathode und damit die Röhre wesentlich kleiner zu gestalten.
Durch den Fortfall des umschließenden Glasgefäßes findet außerdem noch zusätzlich
eine weitere- wesentliche Verkleinerung des ganzen Raumbedarfes der Röhre statt.
Zu einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kathodenglimmlichtröhre zur Konstanthaltung
von Spannungen für maximal ioe m A benötigt man beispielsweise jetzt nur noch eine
gleichzeitig das Röhrengefäß bildende zylindrische Kathode von 25 mm Durchmesser
und .4o mm Länge. Der Raumbedarf einer solchen Röhre ist gegenüber den bisher zur
Spannungskonstanthaltung gebräuchlichen Röhren mit äußerem Glasgefäß nur etwa 11",
was naturgemäß sowohl hinsichtlich Handhabung als auch Versand der Röhre - ein wesentlicher
Vorteil ist. Ähnliche beträchtliche Verkleinerungen des Raumbedarfes ergeben sich
bei Röhren für kleinere oder auch größere Stromstärken als ioo mA.
-
Weitere Vorteile der neuen Röhren zur Spannungskonstanthaltung liegen
in einer durch den Fortfall des Glasgefäßes bedingte.i größeren Bruchfestigkeit
und in einer höheren Temperaturwechselbeständigkeit. Es kann nicht mehr vorkommen,
daß die Röhren allein durch plötzliche Abkühlung springen. Endlich führt die Verkleinerung
der Kathode nebst Fortfall des Glasgefäßes auch noch zii einer beträchtlichen Materialersparnis
nelyst l-ler absetzung der Herstellungskosten.
-
Um bei der Benutzung der Röhre die Gefahr eines elektrischen Schlages
durch zufällige Berührung der Kathode sowie auch einen Kurzsehluß durch Inberührungkommen
der Kathode mit irgendwelchen elektrischen Leitungen auszuschließen, wird die Kathode
zweckmäßig außen mit einem isolierenden Überzug, etwa aus Emaille, Aluminium-, Magnesium-
oder Zirkonoxyd, versehen. Eine besonders weitgehende Verkleinerung der Kathode
und damit des Röhrengefäßes wird erzielt, wenn zur Füllung der Röhre nicht, wie
bisher meist üblich, ein Gemisch von etwa ;5 °l0 Neon und 25 °j`o Helium, sondern,
wie dies schon gelegentlich bei Glimmlampen zur Spannungskonstanthaltung vorgeschlagesi
wurde, reines Helium verwendet wird. Die höhere Wärmeleitfähigkeit dieses Gases
läßt die Verkleinerung des Röhrengefäßes zu.
-
Auf der Zeichnung sind in den Abb. i und 2 zwei Ausführungsbeispiele
von gemäß der Erfindung ausgebildeten, zur Konstanthaltung von Spannungen dienenden
Kathodenglimmlichtröhren je im Schnitt dargestellt.
-
Die in Abb. i gezeigte einstreckige Röhre besteht aus einem das Röhrengefäß
und gleichzeitig auch die Kathode bildenden zylindrisehen Eisentopf i, der an seinem
unteren Rande durch eine angelötete Grundplatte vollkommen vakuumdicht abgeschlossen
ist. Der Eisentopf i ist zweckmäßig mit Helium, das unter einem Druck von io bis
5o Torr steht, gefüllt und enthält im Innern eine koaxial zum Topf angeordnete zylindrische
Anode 3, die von einem an der Deckwand des Topfes etwa mittels Glaslotes befestigten
keramischen Isolierkörper .I getragen wird. Die Anode 'ist von einem Netzzylinder
5 umschlossen, dessen oberes Ende an der inneren Decktvand des Eisentopfes i angelötet
und dessen unteres Ende an der Anode 3 unter Zwischenschaltung des isolierenden
Keramikringes 6 befestigt ist. Durch den mit der Kathode i leitend verbundenen Netzzylinder
; wird die wirksame Kathodenoberfläche vergrößert und die gesamte Kathodenoberfläche
auf besonders kleinen Raum zusammengedrängt. In der Abschlußplatte 2 ist ein metallisches
Pumpröhrchen 7 eingelötet, dessen äußeres Ende nach Entlüften des Eisentopfes i
ufid Einbringen der Gasfüllung geschlossen
wird, etwa durch Zuquetschen
und nachfolgendes Verlöten oder Verschweißen der Ouetschstelle. An der Abschlußplatte
2 ist der eine Stromzuführungsdraht8 unmittelbar angelötet. Der andere, an der Anode
3 angelötete Stromzuführungsdraht 9 ist mit einer Glasperle io in der Abschlußplatte
--
oder einem in dieser eingelöteten kleinen Rohrstutzen i i eingeschmolzen
und nach außen geführt. Unmittelbar oberhalb der Abschlußplatte 2 ist im Eisentopf
eine ringförmige Eindrückung 12 vorgesehen, die zur Befestigung eines Sockelringes
13 dient, der eine keramische Grundplatte 14 umschließt. In letzterer sind zwei
Sockelstifte i5, 16 befestigt, von denen einer mit der Stromzuführung 8 und der
andere mit der Stromzuführung 9 verbunden ist. Zwischen den beiden Sockelstiften
15, 16 ist an der keramischen Grundplatte 14 noch eine aus dem gleichen keramischen
Baustoff bestehende Buchse 17 angebracht, . die zur geschützten Unterbringung des
metallischen Pumpröhrchens dient. Die Außenfläche der Kathode i und auch des Sockelringes
13 <sind mit isolierenden Überzügen 18, zweckmäßig Emailleüberzügen, versehen.
.
-
Während die in Abb. i gezeigte einstreckige Röhre zur Konstanthaltung
von Spannungen bis i5o V aufwärts geeignet ist,. kann die in Abb.2 gezeigte mehrstreckige
Röhre für Spannungen bis 450 V aufwärts verwendet werden. Die Röhre nach Abb.2 besteht
ähnlich wie diejenige nach Abb. i aus einem Röhrengefäß und die Kathode bildenden
mit Edelgas, vorzugsweise Helium, gefüllten Eisentopf i, der.durch eine angelötete
Eisenplatte :2 vakuumdicht abgeschlossen ist. Im Innern des Eisentopfes i befinden
sich außer einer in diesem Falle ebenfalls topfförmigen Anode 3 noch zwei topfförmige
Zwischenelektroden i9, 2o, die die Anode konzentrisch umschließen. Durch Keramikkörper
21, 22 und 23 sind die beiden Zwischenelektroden i9, 2o und die Anode 3 gegeneinander
und gegenüber der sie alle gemeinsam umschließenden Kathode i abgestützt. Über der
metallischen Abschlußplatte 2 lagert eine Keramikplatte 24, in der die unteren Randteile
der Anode 3 und der beiden topfförmigen Zwischenelektroden i9, 2o fest eingesetzt
sind. Der Stromzuführungsdraht 8 der Kathode ist wiederum unmittelbar an der metallischen
Abschlußplatte 2 angelötet, während der Stromzuführungsdraht g für die Anode 3 und
auch die beiden Stromzuführungsdrähte 25, 26 für die beiden Zwischenelektroden i9,
ao in Glasperlen 10, 27,:28 eingeschmolzen sind, die wiederum den äußeren Abschluß
von in der metallischen Abschlußplatte 2 befestigten kleinen Rohrstutzen bilden.
Die Kathode ist wie bei der Ausführungsform nach Abb. i auf der Außenfläche mit
einem Isolierüberzug 18 versehen. Bei der Benutzung der Röhre wirken die Außenflächen
der Zwischenelektroden i9, 2o in bekannter Weise als zusätzliche Anoden und die
Innenflächen der Zwischenelektroden als" zusätzliche Kathoden, wodurch in diesem
Falle drei hintereinandergeschaltete Entladungsstrecken im Röhreninnern entstehen.
-
Die äußere Form der Röhre und damit die Gestalt der Kathode kann eine
mannigfach andere sein: Das gleiche gilt für die Gestalt des Sockels. Wird die Röhre
mehrstreckig ausgebildet, so können die einzelnen Elektroden auch, wie an sich bekannt,
axial nebeneinander statt ineinander angeordnet werden.